JPH0463273A - マグネトロンスパッター装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、マグネトロンスパッター装置に関するもので
あり、詳しくは、ターゲット材のスパッター領域を拡大
してその利用効率の向上を図ると共にスパッターレート
の変化が小さ（なるように改善されたマグネトロンスパ
ッター装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のマグネトロンスパッター装置を第１０図によって
説明する。

第１０図（ａ）は、従来のマグネトロンスパッター装置
の一例を示す斜視図であり、第１０図（ｂ）は、第１０
図（ａ）のＰａ−Ｐｂ線間の断面図である。

従来のマグネトロンスパッター装置は、内側主磁極（２
）及び該内側主磁極を取り囲んだ反対の極性を持つ外側
主磁極（３）と、内側主磁極（２）から外側主磁極（３
）の近傍の両主磁極上に配置されたターゲット材（１）
より主として構成される。そして、両主磁極の底部は、
通常、軟鋼等の軟磁性体からなる磁気ヨーク（４）で結
合されている。なお、（５）は、通常、銅、ステンレス
等の非磁性材料からなるバッキングプレートである。

上記の各部は、真空容器中に収容され、使用に当たって
は、低圧のＡｒ雰囲気とし、ターゲット材（１）とディ
スク等の非スパッター物（図示せず）の間に電圧を印加
し、ターゲット材（１）表面から飛び出した電子により
Ａｒガスをイオン化し、このＡｒイオンがターゲットに
衝突することにより、ターゲット（１）の物質をたたき
出し、非スパッター物質の表面に薄膜を生成させる。

そして、両主磁極（２）、（３）が形成する漏洩磁場は
、ターゲット材（１）表面から飛ひ出した電子を効率よ
く捕獲し、Ａｒカスのイオン化を促進させスパッター効
率を高める。

上記のような従来のマグネトロンスパッター装置では、
ターゲット材（１）の表面付近で捕獲された電子は、第
１Ｏ図（ａ）の矢印で示した半円弧状の磁場のドーム内
に閉じ込められ、ドームに沿って運動するものと考えら
れる。

従って、ターゲット材（１）の表面でのエロージョンの
され方は、ターゲット材（１）の上面での磁場分布、つ
まり、水平成分と垂直成分の分布によって左右される。

本発明者は、先に、内側主磁極、該内側主磁極を取り囲
み且つ反対の極性を持つ外側主磁極、内側主磁極から外
側主磁極近傍の両主磁極上に配置されたターゲット材と
を有し、前記両主磁極は永久磁石または軟磁性体からな
り、そして、前記ターゲット材の裏側の前記両主磁極間
には、前記ターゲット材の上部における前記両主磁極か
らの漏れ磁場の前記ターゲット材に垂直な成分の勾配を
前記主砲極間中央では減少させ且つ前記両主磁極付近で
は大きくし、また、前記漏れ磁場の水平成分の強度分布
を前記両主磁極間においてＭ型分布になるようにするた
めの手段を設けたプレーナマグネトロンスパッター装置
を提案した（特願昭６２−３４５４３号、同６３−１０
５４７６号、同６３−２５８３６５号、同６３−３８４
６４号、同６３−３１８４６５号、特願平１−９０８１
６号）。

斯かるマグネトロンスパッター装置は、エロージョンが
主に進行する場所は水平成分の強度分布よりはむしろ磁
場の垂直成分の極性の変化する位置、つまり、垂直成分
の値が非常に小さい所とよく対応するとの知見に基ずく
ものであり、スパッター領域を広げるためには、上記の
ように、例えば、両磁極間中央部での垂直成分の勾配を
ほぼセロとし且つ水平成分か両磁極間においてＭ型にな
るように磁場分布を設定することにより、ターゲット材
の使用効率を６０％以上に高めたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ターゲット材の使用効率は、より高いほど望
ましく、特に、高価なターゲット材を使用する場合には
数％オーダーでの改良も必要とされる。

しかしながら、先に提案された装置おいては、以下に説
明するように磁場分布による制限があり、ターゲット材
の使用効率を更に向上させるのは困難である。

第６図は、本発明者によって先に提案されたプレーナマ
グネトロンスパッター装置の一実施例を示す一部断面図
であり、第７〜９図は、同装置における磁場分布および
二ローションパターンを示す説明図である。

第６図に示した装置は、内側主磁極（２）と外側主磁極
（３）との間に、ターゲット材（１）の上部における両
主磁極からの漏れ磁場のターゲット材（１）に垂直な成
分の勾配を前記主砲極間中央では減少させ且つ前記両主
磁極付近では大きくし、また、前記漏れ磁場の水平成分
の強度分布を前記両主磁極間においてＭ型分布になるよ
うにするための手段として、両主磁極とは反対の極性を
有する補助磁極対（６）、（７）を設けたものである。

第７図（ａ）、（ｂ）は、ターゲット材（１）上の水平
、垂直方向の一般的な磁場分布を示したものである。そ
して、このような分布の静的磁場でスパッターした場合
、ターゲット材（１）のエロージョンパターンは、７図
（Ｃ）に示すよう形状となり、同図から明らかなように
、二ローションは、ターゲット材（１）の表面の広範囲
に亙り比較的均一に発生しているが、エロージョン領域
と非二ローション領域との境界がなだらかである。

第８図（ａ）、（ｂ）は、両主磁極（２）、（３）及び
補助磁極対（６）、（８）の磁束密度を太キ＜シ、エロ
ージョン領域と非エロージョン領域の境部分を鋭角的に
した場合の磁場分布を示したものであるが、このように
垂直磁場の勾配を急激に立ち上げた場合、エロージョン
パターンは、第８図（Ｃ）に示すようなＷ型の分布にな
り易い。

特に、第９図（ａ）、（ｂ）に示すように、極性がオー
バシュートするように設定した場合は、Ｗ型の分布のエ
ロージョンパターンは、第９図（Ｃ）に示すように更に
強くなる。

〔課題を解決するため手段〕

本発明者は、上記実情に鑑み、更に検討を重ねた結果、
第７図（Ｃ）で示す二ローションパターンになるような
磁場分布の静的磁場に対して、二ローション領域と非二
ローション領域を鋭角的に分離するための磁場分布、つ
まり、第９図（ｃ）に示すような磁場分布を電流による
動的磁場で付与するならば、ターゲット材（１）のスパ
ッター領域を拡大してその利用効率の向上を図ると共に
スパッターレートの変化を小さくし得るとの知見を得、
本発明の完成に到った。

すなわち、本発明の要旨は、内側主磁極（２）、該内側
主磁極を取り囲み且つ反対の極性を持つ外側主磁極（３
）、内側主磁極（２）から外側主磁極（３）近傍の両主
磁極上に配置されたターゲット材（１）とを有し、前記
両主磁極は永久磁石または軟磁性体からなり、そして、
前記ターゲット材の裏側の前記両主磁極間には、前記タ
ーゲット材の上部における前記両主磁極からの漏れ磁場
の前記ターゲット材に垂直な成分の勾配を前記主砲極間
中央では減少させ且つ前記両主磁極付近では大きくし、
また、前記漏れ磁場の水平成分の強度分布を前記両主磁
極間においてＭ型分布になるようにするための手段を設
けたプレーナマグネトロンスパッター装置において、前
記ターゲット材の下部に、前記漏れ磁場の垂直成分の勾
配の大きさを変動させるための動的磁場発生用コイル（
８）を配置したことを特徴とするマグネトロンスパッタ
ー装置に存する。

〔作用〕

動的磁場発生用コイル（８）による動的磁場は、Ｗ型パ
ターンの静的磁場分布を維持しつつ、これを時間的に変
化せしめてエロージョン領域と非エロージョン領域を鋭
角的に分離する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基すいて説明するが、本
発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定
されるものではない。

第１図は、本発明の一実施例を示す部分断面図である。

本発明においては、本発明者により先に提案されたマグ
ネトロンスパッター装置と同様に、内側主磁極（２）、
該内側主磁極を取り囲み且つ反対の極性を持つ外側主磁
極（３）、内側主磁極（２）から外側主磁極（３）近傍
の両主磁極上に配置されたターゲット材（１）とを有し
、前記両主磁極は永久磁石または軟磁性体からなるプレ
ーナマグネトロンスパッター装置において、前記ターゲ
ット材の裏側の前記両主磁極間には、前記ターゲット材
の上部における前記両主磁極からの漏れ磁場の前記ター
ゲット材に垂直な成分の勾配を前記主磁極間中央では減
少させ且つ前記両主磁極付近では大きくし、また、前記
漏れ磁場の水平成分の強度分布を前記両主磁極間におい
てＭ型分布になるようにするための手段を設ける。

上記の静的磁場制御手段は、先に提案したマグネトロン
スパッター装置におけるいずれの手段をも採用すること
ができ、具体的には、次の各手段が挙げられる。

（ｉ）両主磁極とは反対の極性を有する主に垂直方向の
磁化を有する永久磁石。

（ｉｉ）狭い幅からなる透磁率の小さな物質または単な
るスリットによって分割された複数の軟磁性体。そして
、これらは、ターゲット材の磁気特性またはターゲット
材の厚さに対応して前記軟磁性体の数、前記透磁率の小
さな物質またはスリットの幅が設定されている。

（ｉｉ）前記両主磁極間距離の２０〜８０％の長さを有
する板状または棒状の軟磁性体である。

（ｉｖ　）主に水平方向の磁化を有し且つその高さが中
央部で低く両端部に近くなるに従って漸次高くなされた
永久磁石。

第１図に示したマグネトロンスパッター装置は、両主磁
極（２）、（３）として永久磁石を使用し、静的磁場制
御手段として上記の（ｉ）の手段を採用してターゲット
材（１）の裏側の両主磁極（２）、（３）間に補助永久
磁石（６）、（７）を配置したものである。

本発明においては、上記のように構成されたマグネトロ
ンスパッター装置において、タープ・ソト材（１）の下
部に、両主磁極（２）、（３）からの漏れ磁場のターゲ
ット材（１）に垂直な成分の勾配の大きさを変動させる
ための動的磁場発生用コイル（８）を配置する。

そして、動的磁場発生用コイル（８）としては、その配
置態様は特に制限されず、例えば、次のような態様で配
置することができる。

（ｉ）内外主磁極のすくなくとも一方に捲回し或いは接
して配置する。

（ｉｉ）静的磁場制御手段に永久磁石を使用した場合は
、ヨークに捲回し或いはヨークに接して渦巻状に巻いて
配置する。

特に、（ｉ）の配置態様は簡便であり好ましい態様であ
る。

第１図に示したマグネトロンスパッター装置においては
、（ｉ）の態様に従い、動的磁場発生用コイル（８）は
２個配置されている。

第２図は、本発明の他の実施例を示す部分断面図であり
、第１図に示した実施例において、動的磁場発生用コイ
ル（８）は、（ｉｉ）の態様に従い、渦巻状に巻かれて
磁気ヨーク（９）の上下に２個配置されている。動的磁
場の必要強度が小さくてよい場合は、磁場発生用コイル
（８）は、上下のいずれか一方だけでよい。

第３図は、本発明の更に他の実施例を示す部分断面図で
あり、第１図に示した実施例において、動的磁場発生用
コイル（８）は外側主磁極（３）の内側に接して配置さ
れている。

動的磁場発生用コイル（８）に交流電圧を印加した場合
は、両主磁極（２）、（３）間の垂直成分の勾配の小さ
い部分で該勾配を正または負の小さな値の範囲で変化さ
せる。また、直流電圧を印加してその大きさを時間的に
よって変化させた場合は、垂直成分の勾配の小さい部分
で該勾配を正または負の一方の小さな値の範囲で変化さ
せることもできる。

第５図（ａ）、（ｂ）は、第２図に示すマグネトロンス
パッター装置において、上下の動的磁場発生用コイル（
８）、　　（８）に双方向の交流電圧を印加した時のタ
ーゲット材（１）上の水平、垂直方向の磁場分布の変化
を示したものであり、両主磁極間（２）、（３）中央部
の垂直磁場の小さい部分では、通電により、その勾配が
小さい範囲であるが正、負の間を変化していることを示
している（図中、破線は静的磁場分布を示し、実線は静
的磁場分布に動的磁場を付与した状態の磁場分布を示す
）。そして、変化させる磁場の大きさ、そのサイクルの
最適条件は、マグネトロンスパッター装置の運転条件、
例えば、投入電力などによっても異なるが、通常、変化
させる垂直磁場勾配の大きさ及びサイクルは±１５　ｇ
ａ　ｕ　ｓ　ｓ／ｃｍ、■−１０サイクル程度である。

また、動的磁場発生用コイル（８）の発生する磁束量は
、通常、内外主磁極（２）、（３）が発生する磁束量の
１０％以下とされる。

第５図（Ｃ）は、上記のようにして運転した場合のター
ゲット材（１）の二ローションパターンであるが、同図
から明らかなように、エロージョン領域と非エロージョ
ン領域は鋭角的に分離されており、この場合のターゲッ
ト材（１）の利用効率は約７３％と極めて高いものであ
った。また、製膜された膜質は、静的磁場だけの場合と
全く変わりはなかった。

そして、動的磁場発生用コイル（８）で発生させる磁場
の大きさは、小さくてよいために該コイルに流す電流は
せいぜい数アンペアでよい。

従って、動的磁場発生用コイル（８）の冷却は、特に必
要としないが、または、水循環可能なパイプ状のコイル
を使用すれば足りる。

第４図は、本発明の更に他の実施例を示す部分断面図で
あり、両主磁極（２）、（３）として軟磁性体（軟鋼等
）を使用し、内側主磁極（２）と外側主磁極（３）との
間に主に水平方向の磁化を有する永久磁石（１０）を設
け、更に、前記外磁極の外側面に主に前記水平方向とは
反対向きの磁化を有する永久磁石（１１）を設けたもの
である。

そして、静的磁場制御手段としては、上記の（ｕ）の手
段を採用し、ターゲット材（１）の裏側の両主磁極（２
）、（３）間に分割された複数の軟磁性体（１２）を配
置したものである。

第４図に示したマグネトロンスパッター装置によれば、
永久磁石（１１）により、外側主磁極（３）付近の磁束
密度が補強され、その結果、大型のマグネトロンの場合
や強磁性体ターゲットを使用した場合においても、ター
ゲット材（１）上で十分な強度の磁場が得られ、プラズ
マの保持が容易であり、通常のマグネトロンを使用した
場合と比べるとスパッタレートも大幅に大きくなる。

なお、第４図でにおいて、軟磁性体（１２）は、両主磁
極（２）、（３）の形成する磁場によって内側主磁極（
２）から外側主磁極（３）へ向かう方向に磁化される。

この磁化はターゲット材（１）の上面において、前記両
主磁極（２）、（３）の中央部で水平磁場の絶対値と垂
直磁場の勾配を減少させるように作用する。また、両主
磁極（２）、（３）の上部付近では軟磁性体（１２）に
よる磁場の影響は小さいため、両主磁極（２）、（３）
付近の垂直磁場の勾配は増大する。

軟磁性体（１２）が有するスリットは、前記両主磁極が
形成する磁場により、該軟磁性体が磁化するときの磁化
の強さを制御するためのものである。

すなわち、スリットがあることにより、該スリットの部
分で磁束の涌き出しが起こり、軟磁性体（１２）の構成
部分で反対方向の磁場が発生するために、軟磁性体（１
２）の磁化の強さが抑えられる。結局、ターゲット材（
１）上面の磁場分布を制御するには軟磁性体（１２）の
スリット幅を適宜変化させ、複数からなる軟磁性体（１
２）の各部分での磁化の強さを調節して静的磁場の設定
を行なう。

上記のように、静的磁場制御手段として、分割された複
数の軟磁性体（１２）を採用した場合は、動的磁場発生
用コイル（８）は、内外主磁極（２）、（３）に捲回し
て配置するのがよい。

第４図に示したマグネトロンスパッター装置の場合のタ
ーゲット材（１）上の磁場分布は、前記の第５図（ａ）
、（ｂ）に示した分布とほぼ同じである。

外側主磁極（３）の外側面に設けられた永久磁石（１１
）は、外側主磁極（３）付近の磁束密度を補強し、マグ
ネトロンスパッター装置を大型化する場合に有利な構造
である。そして、このような永久磁石（１１）の配置は
、静的磁場制御手段として前記（ｉｉ）以外の手段を採
用したマグネトロンスパッター装置にも適用し得る。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、ターゲット材のスパッタ
ー領域を拡大してターゲット材の利用効率の向上を図る
と共にスパッターレートの変化が小さくなるように改善
されたマグネトロンスパッター装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図および第６図は、本発明の実施例を示す部分
断面図、第５図は、第２図に示したマグネトロンスパッ
ター装置における磁場分布および二ローションパターン
を示す説明図、第６図は、本発明者によって先に提案さ
れたプレーナマグネトロンスパッター装置の一実施例を
示す部分断面図、第７〜９図は、同装置における磁場分
布および二ローションパターンを示す説明図、第１０図
（ａ）は、従来のマグネトロンスパッター装置の一例を
示す斜視図、第１０図（ｂ）は、第１０図（ａ）のＰａ
−Ｐｂ線間の断面図である。 図中、（１）はターゲット材、（２）は内側主磁極、（
３）は外側主磁極、（４）は磁気ヨーク、（５）はバッ
キングプレート、（６）、（７）は補助磁極対、（８）
は動的磁場発生用コイル、（９）は磁気ヨーク、（１０
）、（１１）は永久磁石、（１２）は軟磁性体を示す。 第 図 ｓｏｏト 第 図 第 図 ００Ｌ （Ｑ） （Ｃ） 第７図 （Ｑ） ５０〇− 第 図 ５００ト （Ｑ） ４ｏｏＩ− 一６０訃 （Ｃ） け＝さ一２＝〉−」

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内側主磁極（２）、該内側主磁極を取り囲み且つ
   反対の極性を持つ外側主磁極（３）、内側主磁極（２）
   から外側主磁極（３）近傍の両主磁極上に配置されたタ
   ーゲット材（１）とを有し、前記両主磁極は永久磁石ま
   たは軟磁性体からなり、そして、前記ターゲット材の裏
   側の前記両主磁極間には、前記ターゲット材の上部にお
   ける前記両主磁極からの漏れ磁場の前記ターゲット材に
   垂直な成分の勾配を前記主磁極間中央では減少させ且つ
   前記両主磁極付近では大きくし、また、前記漏れ磁場の
   水平成分の強度分布を前記両主磁極間においてＭ型分布
   になるようにするための手段を設けたプレーナマグネト
   ロンスパッター装置において、前記ターゲット材の下部
   に、前記漏れ磁場の垂直成分の勾配の大きさを変動させ
   るための動的磁場発生用コイル（８）を配置したことを
   特徴とするマグネトロンスパッター装置。
2. （２）動的磁場発生用コイル（８）の発生する磁束量が
   、内外主磁極（２）、（３）が発生する磁束量の１０％
   以下であることを特徴とする請求項第１項記載のマグネ
   トロンスパッター装置。
3. （３）動的磁場発生用コイル（８）が、内外主磁極（２
   ）、（３）の少なくとも一方に捲回して配置されている
   ことを特徴とする請求項第１項ないしは第２項記載のマ
   グネトロンスパッター装置。
4. （４）外側主磁極（３）の外側に永久磁石（１１）を配
   置したことを特徴とする請求項第１項ないしは第３項の
   いずれかに記載のマグネトロンスパッター装置。